[發明專利]多組件陶瓷坩堝及其制造方法

有效

• 申請號: 200610064728.6
• 申請日: 2006-11-30
• 公開（公告）號: CN101092735A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: Y·莫里卡瓦;K·卡瓦薩基;S..－J.黃;M·謝普肯斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C30B15/10
• 分類號: C30B15/10;C30B23/06;C23C14/24;C23C16/00;F27B14/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 楊松齡

相關申請交叉參考

本申請要求2006年6月20日提交的US?60/805238的權益，通過引用，該專利申請全文并入本文。

技術領域

本發明涉及一種用于元素提純、化合及半導體晶體生長的坩堝，例如分子束外延(MBE)瀉流室或源容器，尤其是包括構成單一體的多組件的坩堝。本發明還提供了制造這種坩堝的方法和設備。

背景技術

陶瓷材料例如熱解氮化硼(pBN)的結構、物理性質、純度和化學惰性使其成為對元素提純、化合以及半導體晶體生長有吸引力的容器材料。取決于用途及所需坩堝容量，坩堝可具有如美國專利No.5,158,750中公開的直壁圓柱形構形；如美國專利No.5,759,646中公開的直的但為錐形壁的構形；如美國專利No.4,946,542中公開的在其直壁上有階躍或縮進部分；或如美國專利No.5,932,294中公開的用于MBE瀉流室的在底部和圓錐形頂部之間具有細頸的單組件坩堝的負拉伸坩堝。

PBN坩堝是用現有技術中的已知工藝制造的，即，通過首先制備具有所需坩堝形狀的型芯；在型芯上沉積氮化硼直至獲得所需厚度的氮化硼；并且最后，從型芯上移走氮化硼坩堝。通常用石墨作為型芯材料。對具有直或錐形器壁(比底端大的頂端)的坩堝，由于其熱收縮系數，石墨以比pBN高的比率收縮，可以相對容易地脫除石墨型芯而使pBN坩堝從型芯移走。但是，對在坩堝壁上具有縮進或曲線部分例如坩堝壁的頸，則必須設計如美國專利No.5,827,371中公開的分裂成為多個組件的指定型芯以移走型芯的頂部。至于底部部分，另一個工序步驟是：將坩堝加熱至300-750℃40小時以氧化型芯底部部分，由此破壞石墨型芯的底部部分并及形成單一體單塊pBN坩堝。

本發明涉及一種包括形成單一體的多組件的陶瓷坩堝，以及由許多組件制造單一體坩堝而無需從坩堝破壞并除去復雜石墨型芯的加熱步驟的方法。

發明內容

開發了一種可在分子束外延(MBE)瀉流室應用中使用的單一體氮化硼坩堝。該坩堝由沿其圓周連接起來的至少兩部分構成，并且通過包含熱解氮化硼或熱解石墨的至少一層涂層密封接頭。在一個實施方案中，將涂層模制形成預定的幾何形狀，該涂層具有適宜形成用來接受DC或AC電流以加熱坩堝的至少一個電極的至少兩個單獨的末端。

本發明還涉及一種用于制備單一體坩堝的方法，包括步驟：a)在至少兩個不同型芯的表面上沉積熱解氮化硼(pBN)以形成坩堝的至少兩個構件；b)將型芯從pBN構件移走；c)沿圓周將這些構件連接起來形成單一體坩堝；和d)在接頭表面上沉積包含熱解氮化硼或熱解石墨的涂層以密封兩構件之間的接頭。

附圖說明

圖1A是根據本發明具有頂部和底部的多組件坩堝的實施方案的剖面圖。

圖1B是根據本發明的多組件坩堝第二個實施方案的剖面圖，具有頂部、底部和連接頂部和底部的中間組件的3個組件，形成一單一體。

圖2A是本發明多組件坩堝第二個實施方案的剖面圖。

圖2B是圖2A的多組件坩堝的透視圖。

圖3是本發明多組件坩堝的另一個實施方案的剖面圖。

圖4是顯示一個實施方案的坩堝當裝有熔融鋁時的熱循環示意圖。

具體實施方式

當在本文使用時，近似措辭可用來修飾任何可變但不給其所涉及的基本功能帶來變化的定量表述。因此，由一個術語或一些術語如“約”和“基本上”修飾的值，有時可不限于指定的精確值。

當在本文使用時，術語“坩堝”可與用于元素提純、化合、半導體晶體生長及通過分子束外延(MBE)的金屬和摻雜劑的沉積的“容器”或“器皿”互換使用。術語“多組件”可與“多構件”或“多個構件”互換使用，以指代構成本發明單一體(或單組件、單體)坩堝的多個組件。

通過描述其制造工藝并參考其附圖，本發明坩堝的實施方案說明如下。

坩堝實施方案：圖1A說明了包括2個獨立組件的本發明坩堝10的一個實施方案。第一組件是具有帶側壁13、位于側壁13一端的封閉端底14、以及具有圓周51的開放頂部的基本為圓柱構形的底部部件12。第二組件是具有帶圓周41的開放底部、帶有錐形器壁的頂部連接于向外伸展的環形邊緣16的負拉伸錐形壁15的具有圓周40的頂部或口的頂部部件11。在一個實施方案中，錐形壁15與向外伸展的環形邊緣16形成45°角。